12.2. Экранирование электрических проводов

Экранированием проводов решаются 2 задачи:

• уменьшение наводок на выходящие за пределы контролируе­мой зоны провода от электромагнитных излучений основных * вспомогательных технических средств и систем;

• снижение уровня электромагнитных излучений проводов ин­формационных линий основных и вспомогательных техничес­ких средств и систем.

Физические основы экранирования с целью снижения пара­зитных наводок на провода рассмотрены в предыдущем парагра­фе. В данном подразделе рассматриваются физические основы эк­ранирования проводов кабелей.

Экранирование провода несимметричного кабеля производит­ся путем размещения его в экране— металлической (железной, медной, цинковой, свинцовой) трубе и металлической сетчатой оп­летке (плетенке). Для экранирования электрической составляю­щей экран заземляется (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Электрическое экранирование несимметричного кабеля

Заряды в проводе создают электрическое поле, силовые линии которого притягивают заряды к внутренней поверхности экрана. Возникающие в результате этого на внешней поверхности экрана заряды нейтрализуются зарядами земли. Электрическое поле вне экрана определяется малой величиной вторичного электрического поля, вызванного не полностью компенсированными зарядами на внешней поверхности экрана из-за конечного, не равного 0, сопро­тивления цепей заземления и экрана (от точки заземления до точ­ки измерения). Чем больше точек заземления (многоточечное за­земление), чем меньше электрическое сопротивление экрана и за- землителя, тем меньше величина напряженность вторичного элек­трического тока. Но, как правило, заземляются только концы экра­на кабеля при подсоединении его к разъемам радиоэлектронных средств. Поэтому напряженность вторичного электрического поля повышается к середине такого кабеля и уменьшается к концам.

Источниками побочных излучений магнитного поля являют­ся две магнитные рамки. Первая образуется цепью — провод и эк­

ран, но которому в соответствии с рис. 12.3 протекает ток Цепь второй рамки образуют тот же провод и токопроводящая поверх­ность земли, по которой в обратном направлении протекает ток 1_з. Очевидно, что 1_о6р = 1_э + 1_з = I . Мощность излучения рамок зависит от их площади и протекающих токов. Влияние экрана на уменьше­ние обратного тока в земле учитывается с помощью коэффициента токового экранирования К., равного отношению величины обрат­ного тока в земле 1_з к суммарной величине обратного тока 1_о6р. Для способа экранирования на рис. 12.3 в диапазоне звуковых частот К. ~ 0,05. В большинстве случаях расстояние от провода до экра­на а значительно меньше расстояния провода до земли h. Поэтому площадь второй рамки значительно больше площади первой. Хотя ток 1_з > 1_з из-за более высокой проводимости экрана, чем земли, но при h » а побочное излучение рамки «провод-земля» является не­допустимо большим. Для его снижения необходимо уменьшать h и ток 1₃. Ток 1_з обеспечивается при отсутствии заземления экрана у нагрузки (рис. 12.4).

1„

Ж.

0¹

1„

/У ////;/; /-////у / / / / у // / /s ; / ; /; s //;/

Земля

Рис. 12.4. Экранирование несимметричного кабеля

Но при этом из-за увеличения сопротивления заземления возрастает вторичное электрическое поле, создаваемое экраном. Поэтому на практике вариант заземления выбирают исходя из ми­нимизации суммарного побочного излучения электрической и маг­нитной составляющих электромагнитного поля. Например, если ток I содержит постоянную составляющую, то целесообразно за­земление экрана у нагрузки производить через фильтр низкой час­тоты, например через индуктивность, имеющую малое сопротив­ление для постоянного тока и большое — для переменного тока (рис. 12.4). В этом случае обеспечивается эффективное электричес­кое экранирование на низких частотах и магнитное экранирование

на высоких частотах, на которых вторая рамка может создавать су­щественное излучение.

Экранирование проводов симметричных кабелей с целью сни­жения излучений, вызванных несимметричностью проводов отно­сительно иной токопроводящей поверхности или земли, произво­дится аналогично рассмотренным способам.

Наибольший экранирующий эффект достигается при приме­нении металлических водогазовых труб, достаточно большая тол­щина стенок которых обеспечивает большое ослабление магнитно­го поля на низких частотах. Более удобно прокладывать кабели в свинцовой оболочке, так как они обеспечивают возможность изги­ба кабеля в любом месте трассы. Эти кабели обеспечивают высо­кую устойчивость против агрессивной среды и эффективное элек­трическое экранирование, Так как свинец относится к диамагне- тикам (с р. < 1), то магнитное экранирование достигается на высо­ких частотах, на которых наибольший экранирующий эффект до­стигается за счет вихревых токов. Еще большей эластичностью об­ладают экраны в виде оплетки из сетки, допускающей многократ­ные перегибы. Оплетка перекрывает 60-90% поверхности изоли­рованного провода. Но наличие отверстий в оплетке ухудшает маг­нитное экранирование по сравнению со сплошным экраном на 5- 30 дБ.

Если экранирование проводов несимметричных кабелей пред­ставляет собой наиболее эффективный способ существенного сни­жения их побочных электромагнитных излучений, то для симмет­ричных кабелей существуют иные и более дешевые способы. Они предусматривают меры, обеспечивающие более полную компенса­цию полей, создаваемых токами противоположного направления в проводах (жилах) симметричного кабеля.